battery factoryban

Does Leading The Global Lithium Battery Market Mean That China Has Mastered The Core Technology (1)

Na mañá do 21 de abril de 2014, o almizcle saltou en paracaídas en Pequín Qiaofu Fangcao en avión privado e dirixiuse ao Ministerio de Ciencia e Tecnoloxía de China para a primeira parada para explorar o futuro da entrada de Tesla en China. O Ministerio de Ciencia e Tecnoloxía sempre estivo animando a Tesla, pero esta vez Musk pechou a porta e obtivo a seguinte resposta: China está a considerar a reforma fiscal dos vehículos eléctricos. Antes da conclusión da reforma, o modelo aínda terá que pagar un 25% de tarifa como os vehículos de combustible tradicionais.

Entón, Musk planea "berrar" polo cume dos innovadores do Parque friki. No salón principal da sala de concertos de Zhongshan, Yang Yuanqing, Zhou Hongyi, Zhang Yiming e outros estiveron sentados no escenario. E almiscar agardou detrás do escenario, sacou o móbil e tuiteou. Cando a música soou, marchou cara ao escenario, aplaudindo e aplaudindo. Pero cando regresou aos Estados Unidos, tuiteou e queixouse: "en China somos como un bebé que se arrastra".

Desde entón, Tesla estivo ao bordo da bancarrota varias veces, xa que o mercado xeralmente é baixista e o problema da distocia provocou un ciclo de recollida de clientes de medio ano. Como resultado, o almiscro derrubouse e incluso fumou marihuana en directo, durmindo nunha fábrica de California todos os días para controlar o progreso. A mellor forma de resolver o problema da capacidade é construír súper fábricas en China. Para iso, Musk chorou no seu discurso en Hong Kong: para os clientes chineses, incluso aprendeu a usar o wechat.

 

O tempo voa. O 7 de xaneiro de 2020, o almizcle chegou de novo a Shanghai e entregou o primeiro lote de chaves do modelo nacional 3 aos propietarios de automóbiles chineses na fábrica Tesla Shanghai Super. As súas primeiras palabras foron: Grazas ao goberno chinés. Tamén tivo un baile de costas no lugar. Desde entón, coa forte redución de prezo do modelo nacional 3, moitas persoas dentro e fóra da industria dixeron horrorizadas: chega o final dos novos vehículos enerxéticos de China.

Non obstante, no último ano, Tesla experimentou incidentes de volcado a gran escala, incluíndo combustión espontánea da batería, motor fóra de control, claraboia voando, etc. A actitude de Tesla volveuse "razoable" ou arrogante. Recentemente, debido ao fallo de enerxía dos coches novos, Tesla foi criticada polos medios centrais. Relativamente falando, o problema de contracción da batería de Tesla é moi común, os propietarios de coches en Internet tamén denuncian a voz un tras outro.

Ante isto, os órganos estatais tomaron medidas oficialmente. Recentemente, a Administración xeral de supervisión do mercado e outros cinco departamentos entrevistaron a Tesla, que implicaban principalmente problemas como aceleración anormal, disparos de baterías, actualización remota de vehículos, etc. Como todos sabemos, as baterías domésticas de fosfato de ferro-litio úsanse basicamente no modelo doméstico 3 .

Que importancia ten a batería de litio? Mirando cara atrás no curso do desenvolvemento industrial, comprende realmente China a tecnoloxía central? Como acadar o éxito?

 

1 / A importante ferramenta dos tempos

 Does Leading The Global Lithium Battery Market Mean That China Has Mastered The Core Technology (2)

No século XX, a humanidade creou máis riqueza que a suma dos 2000 anos anteriores. Entre eles, a ciencia e a tecnoloxía poden considerarse como unha forza decisiva para promover a civilización global e o desenvolvemento económico. Nos últimos cen anos, as invencións científicas e tecnolóxicas creadas polo ser humano son tan brillantes coma as estrelas, e dúas delas son recoñecidas por ter unha influencia de gran alcance no proceso histórico. O primeiro son os transistores, sen os cales non habería ordenadores; o segundo son as baterías de ión-litio, sen as cales o mundo sería inimaxinable。

Hoxe en día, as baterías de litio empregáronse cada ano en miles de millóns de teléfonos móbiles, portátiles e outros produtos electrónicos, así como en millóns de vehículos de enerxía nova e incluso en todos os dispositivos portátiles que precisan cargarse na terra. Ademais, coa chegada da nova revolución dos vehículos enerxéticos e a creación de máis dispositivos móbiles, a industria das baterías de litio terá un futuro brillante. Por exemplo, o valor de produción anual das pilas de batería de litio só alcanzou os 200.000 millóns de yuanes e o futuro está á volta da esquina.

Os plans e calendarios para a futura eliminación de vehículos de combustible formulados por varios países do mundo tamén serán "a guinda do pastel". A primeira foi Noruega en 2025 e Estados Unidos, Xapón e moitos países europeos ao redor de 2035. China non ten un plan horario claro. Se non hai nova tecnoloxía no futuro, a industria das baterías de litio seguirá florecendo durante décadas. Pódese dicir que quen ten a tecnoloxía principal da batería de litio significa ter o cetro para dominar a industria.

 

 Os países de Europa occidental fixaron un calendario para a eliminación gradual dos vehículos de combustible 

Co paso dos anos, Europa e os Estados Unidos, China, Xapón e Corea do Sur lanzaron unha dura competencia e incluso unha barallada no campo das baterías de litio, na que participaron moitos científicos famosos, moitas universidades e institucións de investigación, así como xigantes e consorcios de capital. industrias do petróleo, química, automóbil, ciencia e tecnoloxía. Quen pensaría que o camiño de desenvolvemento da industria mundial de baterías de litio era o mesmo que o dos semicondutores: orixinouse en Europa e Estados Unidos, máis forte que Xapón e Corea do Sur e finalmente foi dominado por China.

Nos anos 70 e 80, a tecnoloxía das baterías de litio xurdiu en Europa e América. Máis tarde, os estadounidenses inventaron sucesivamente baterías de óxido de litio-cobalto, óxido de manganeso e litio-fosfato de ferro, que tomaron o liderado na industria. En 1991, Xapón foi o primeiro en industrializar as baterías de ión-litio, pero despois o mercado continuou reducíndose. Corea do Sur, en cambio, confía no Estado para impulsalo. Ao mesmo tempo, co forte apoio do goberno, China converteu a industria das baterías de litio na primeira do mundo paso a paso.

Na evolución da industria das baterías de litio, Europa, América e Xapón xogaron un papel importante na promoción da tecnoloxía. En 2019, o premio Nobel de química outorgouse aos científicos estadounidenses John goodinaf, Stanley whitingham e o científico xaponés Yoshino en recoñecemento ás súas contribucións á investigación e desenvolvemento de baterías de ión-litio. Dado que científicos de Estados Unidos e Xapón gañaron o premio Nobel, ¿pode China realmente asumir o liderado na tecnoloxía central das baterías de litio?

 

2 / O berce da batería de litio 

O desenvolvemento da tecnoloxía global de baterías de litio ten un longo camiño a seguir. A principios da década de 1970, en resposta á crise do petróleo, Exxon creou un laboratorio de investigación en Nova Jersey, atraendo a un gran número de grandes talentos en física e química, incluído Stanley Whitingham, un becario postdoutoral en electroquímica de estado sólido na Universidade de Stanford. O seu obxectivo é reconstruír unha nova solución enerxética, é dicir, desenvolver unha nova xeración de baterías recargables.

Ao mesmo tempo, Bell Labs creou un equipo de químicos e físicos da Universidade de Stanford. As dúas partes lanzaron unha competencia extremadamente feroz na investigación e desenvolvemento de baterías de nova xeración. Aínda que a investigación estea relacionada, "o diñeiro non é un problema". Despois de case cinco anos de investigación altamente confidencial, Whitingham e o seu equipo desenvolveron por primeira vez a primeira batería de ión-litio recargable do mundo.

Esta batería de litio utiliza de xeito creativo sulfuro de titanio como material do cátodo e litio como material do ánodo. Ten as vantaxes de peso lixeiro, gran capacidade e ningún efecto de memoria. Ao mesmo tempo, descarta as deficiencias da batería anterior, que se pode dicir que é un salto cualitativo. En 1976, Exxon solicitou a primeira patente mundial de invención da batería de litio, pero non se beneficiou da industrialización. Non obstante, isto non afecta a reputación de Whitingham como "pai do litio" e a súa situación no mundo.

Aínda que a invención de whitingham inspirou a industria, a combustión da carga da batería e o triturado interno perturbaron moito ao equipo, incluído o gudinaf. Polo tanto, el e dous axudantes postdoutorais continuaron explorando sistematicamente a táboa periódica. En 1980, finalmente decidiron que o mellor material era o cobalto. O óxido de litio-cobalto, que se pode usar como cátodo das baterías de ión-litio, é moi superior a calquera outro material nese momento e ocupou rapidamente o mercado.

Desde entón, a tecnoloxía das baterías humanas deu un importante paso adiante. Que pasaría sen cobaltita de litio? En resumo, por que o "gran teléfono móbil" era tan grande e pesado? É porque non hai batería de litio cobalto. Non obstante, aínda que a batería de óxido de cobalto de litio ten moitas vantaxes, as súas desvantaxes expóñense despois dunha aplicación a grande escala, incluíndo un custo elevado, unha baixa resistencia á sobrecarga e un rendemento do ciclo e unha grave contaminación por residuos.

Así que goodinav e o seu alumno Mike Thackeray seguiron buscando mellores materiais. En 1982, Thackeray inventou unha pionera batería de manganato de litio. Pero pronto saltou ao Laboratorio Nacional de Argonne (ANL) para estudar as baterías de litio. E goodinaf e o seu equipo seguen buscando materiais alternativos, reducindo a lista a unha combinación de ferro e fósforo cambiando unha vez máis os metais da táboa periódica.

Ao final, o ferro e o fósforo non formaron a configuración que o equipo quería, pero formaron outra estrutura: despois de licoo3 e LiMn2O4, naceu oficialmente o terceiro material de cátodo para baterías de ión litio: LiFePO4. Polo tanto, os tres electrodos positivos máis importantes da batería de ión-litio naceron no laboratorio de dinaf desde a antigüidade. Tamén se converteu no berce das baterías de litio no mundo, co nacemento dos mencionados dous químicos do premio Nobel.

En 1996, a Universidade de Texas solicitou unha patente en nome do laboratorio de goodinaf. Esta é a primeira patente básica da batería LiFePO4. Desde entón, Michelle Armand, científica francesa sobre o litio, uniuse ao equipo e solicitou con dinaf a patente da tecnoloxía de revestimento de carbono LiFePO4, converténdose na segunda patente básica de LiFePO4. Estas dúas patentes son as patentes fundamentais que non poden ser ignoradas en ningún caso.

 

3 / Transferencia de tecnoloxía

Co desenvolvemento da aplicación tecnolóxica, hai que resolver un problema urxente no electrodo negativo da batería de óxido de cobalto de litio, polo que non se industrializou rapidamente. Naquela época, o litio metal empregábase como material ánodo das baterías de litio. Aínda que podería proporcionar unha densidade de enerxía bastante elevada, houbo moitos problemas, incluído o po gradual do material do ánodo e a perda de actividade, e o crecemento de dendritas de litio podería perforar o diafragma, dando lugar a curtocircuíto ou incluso a combustión e explosión do batería.

Cando o problema foi moi difícil, apareceron os xaponeses. Sony leva desenvolvendo baterías de litio durante moito tempo e prestou moita atención aos desenvolvementos mundiais. Non obstante, non hai información sobre cando e onde se obtivo a tecnoloxía de litio cobaltita. En 1991, Sony lanzou a primeira batería de ión-litio comercial da historia da humanidade e colocou varias baterías cilíndricas de óxido de cobalto de litio na última cámara ccd-tr1. Desde entón, a cara da electrónica de consumo mundial foi reescrita. 

Foi Yoshino quen tomou esta importante decisión. Foi pioneiro no uso de carbono (grafito) no canto de litio como ánodo da batería de litio e combinado con cátodo de óxido de cobalto de litio. Isto mellora fundamentalmente a capacidade e a vida útil da batería de litio e reduce o custo, que é a última forza para a industrialización da batería de litio. Desde entón, as empresas chinesas e coreanas derramáronse na onda da industria das baterías de litio e estableceuse unha nova tecnoloxía enerxética (ATL) neste momento.

Debido ao roubo de tecnoloxía, a "alianza de dereitos" iniciada pola Universidade de Texas e algunhas empresas estivo a empuñar espadas en todo o mundo, o que provocou a contenda de patentes que implicou a moitos países e empresas. Aínda que a xente aínda pensa que LiFePO4 é a batería de enerxía máis axeitada, un novo sistema de material de cátodo que combina as vantaxes do niobato de litio, o litio cobalto e o manganeso de litio naceu tranquilamente nun laboratorio de Canadá.

En abril de 2001, Jeff Dann, profesor de física da Universidade Dalhous e científico xefe do grupo 3M Canadá, inventou un material de cátodo composto ternario de níquel cobalto e manganeso comercial a gran escala que promoveu que a batería de litio atravesase o último paso para entrar no mercado. . O 27 de abril dese mesmo ano, 3M solicitou a patente a Estados Unidos, que é a patente básica básica de materiais ternarios. Isto significa que mentres no sistema ternario ninguén poida moverse.

Case ao mesmo tempo, o Laboratorio Nacional Argonne (ANL) propuxo por primeira vez o concepto de litio rico e, sobre esta base, inventou materiais ternarios ricos en litio e ricos en manganeso e solicitou con éxito unha patente en 2004. E o responsable de este desenvolvemento tecnolóxico é o tackerel, que inventou o manganato de litio. Ata 2012, Tesla comezou a estalar o impulso do ascenso gradual. Musk ofreceu varias veces un salario elevado para contratar persoas do departamento de I + D de batería de litio de 3M.

Aproveitando esta oportunidade, 3M impulsou o barco ao longo da corrente, adoptou a estratexia de "a xente vai, pero os dereitos de patente seguen", disolveu completamente o departamento de baterías e obtivo maiores beneficios exportando patentes e cooperación técnica. As patentes outorgáronse a varias empresas xaponesas e coreanas de baterías de litio como Elektron, Panasonic, Hitachi, Samsung, LG, L & F e SK, así como materiais de cátodo como Shanshan, Hunan Ruixiang e Beida Xianxian en China. máis de dez empresas en total.

As patentes de Anl só se conceden a tres empresas: BASF, un xigante químico alemán, as industrias Toyoda, unha fábrica xaponesa de material de cátodo e LG, unha empresa surcoreana. Máis tarde, ao redor da competencia principal sobre materiais ternarios, formáronse dúas alianzas de investigación universitarias da industria. Isto configurou practicamente a forza tecnolóxica "innata" das empresas de baterías de litio do oeste, Xapón e Corea do Sur, mentres que China non gañou moito.

 

4 / O auxe das empresas chinesas

Dado que China non domina a tecnoloxía principal, como rompeu a situación? A investigación da batería de litio de China non é demasiado tarde, case sincronizada co mundo. A finais dos anos 70, baixo a recomendación de Chen Liquan, académico da Academia Chinesa de Enxeñaría en Alemaña, o Instituto de física da Academia Chinesa de Ciencias estableceu o primeiro laboratorio de ións de estado sólido en China e iniciou a investigación sobre o litio. condutores de ións e baterías de litio. En 1995, a primeira batería de litio de China naceu no Instituto de física da Academia Chinesa de Ciencias.

Ao mesmo tempo, grazas ao aumento da electrónica de consumo na década de 1990, as baterías de litio de China subiron simultaneamente e a aparición de "catro xigantes", a saber, Lishen, BYD, bick e ATL. Aínda que Xapón liderou o desenvolvemento da industria, debido ao dilema de supervivencia, Sanyo Electric vendeu a Panasonic e Sony vendeu o seu negocio de baterías de litio á produción de Murata. Na feroz competencia no mercado, só BYD e ATL son os "catro grandes" en China.

En 2011, a "lista branca" de subvencións do goberno chinés bloqueou as empresas con fondos estranxeiros. Despois de ser adquirida polo capital xaponés, a identidade de ATL caducou. Entón, Zeng Yuqun, o fundador de ATL, planeaba independizar o negocio da batería eléctrica, deixar que o capital chinés participase nel e diluír as accións da empresa matriz TDK, pero non obtivo a aprobación. Así, Zeng Yuqun fundou a era Ningde (catl) e avanzou na acumulación de tecnoloxía orixinal e converteuse nun cabalo negro.

En termos de percorrido tecnolóxico, BYD elixe unha batería de fosfato de ferro de litio segura e rendible, que é diferente da batería de litio ternaria de alta densidade de enerxía na era de Ningde. Isto está relacionado co modelo de negocio de BYD. Wang Chuanfu, o fundador da compañía, defende "comer unha caña ata o final". Ademais do vidro e os pneumáticos, case todas as outras partes dun automóbil prodúcense e véndense por si mesmas e despois compiten co mundo exterior cunha vantaxe de prezo. Con base nisto, BYD estivo firmemente no segundo lugar no mercado interno durante moito tempo.

Pero a vantaxe de BYD é tamén a súa debilidade: fabrica baterías e vende coches, o que fai que outros fabricantes de automóbiles desconfíen naturalmente e prefiran dar ordes aos competidores antes que a eles mesmos. Por exemplo, Tesla, aínda que a tecnoloxía de batería LiFePO4 de BYD acumulou máis, aínda escolle a mesma tecnoloxía da era Ningde. Para cambiar a situación, BYD planea separar a batería de enerxía e lanzar a "batería blade".

Desde a reforma e apertura, a batería de litio é un dos poucos campos que pode alcanzar aos países desenvolvidos. As razóns son as seguintes: en primeiro lugar, o Estado concede gran importancia á protección estratéxica; segundo, non é demasiado tarde para comezar; en terceiro lugar, o mercado interno é o suficientemente grande; en cuarto lugar, un grupo de aspirantes a expertos técnicos e empresarios traballan xuntos para abrirse paso. Pero se achegamos o zoom, como o nome da era Ningde, son os logros económicos de China e a era dos vehículos eléctricos os que conforman a era Ningde.

Hoxe en día, China non queda atrás dos países desenvolvidos na investigación de materiais ánodos e electrólitos, pero aínda hai algunhas deficiencias, como o separador de baterías de litio, a densidade de enerxía, etc. Obviamente, a acumulación de tecnoloxía do oeste, Xapón e Corea do Sur aínda ten algunhas vantaxes. Por exemplo, aínda que Ningde Times ocupa o primeiro lugar no mercado mundial de baterías desde hai varios anos, os informes de investigación da industria nacional e estranxeira aínda listan a Panasonic e LG no primeiro rango, mentres que Ningde Times e BYD están no segundo rango.

 

5 / Conclusión
 

Sen dúbida, co futuro desenvolvemento da investigación relacionada no futuro, o desenvolvemento e aplicación de baterías de litio no mundo abrirán unha perspectiva máis ampla, que promoverá a reforma enerxética e a innovación da sociedade humana e inxectará un novo impulso ao desenvolvemento sostible. da economía e da sociedade e reforzar a protección do medio ambiente. Como unha empresa automobilística líder na industria, Tesla é coma un bagre. Aínda que estimula o desenvolvemento de vehículos de enerxía nova, tamén está a liderar o desafío ao mercado das baterías de litio.

Zeng Yuqun revelou unha vez a historia interior da súa alianza con Tesla: o almizcle estivo falando de custo todo o día. A implicación é que Tesla está a reducir o custo das baterías. Non obstante, cómpre ter en conta que no proceso da présa da era de Tesla e Ningde no mercado chinés, tanto o vehículo como a batería non deben ignorar o problema de calidade debido ao custo. Unha vez que fose así, a serie nacional orixinal de políticas ben intencionadas reducirase moito en importancia.

Ademais, hai unha triste realidade. Aínda que China domina o mercado das baterías de litio, as tecnoloxías e patentes máis importantes do fosfato de ferro de litio e materiais ternarios non están en mans do pobo chinés. Se se compara con Xapón, China ten unha gran lagoa no investimento humano e de capital en investigación e desenvolvemento de baterías de litio. Isto pon de manifesto a importancia da investigación científica básica, que depende da persistencia e do investimento a longo prazo do estado, das institucións de investigación científica e das empresas.

Na actualidade, as baterías de litio avanzan cara á terceira xeración despois das dúas xeracións anteriores de óxido de litio cobalto, fosfato de ferro e litio ternario. Como as tecnoloxías básicas e as patentes das dúas primeiras xeracións foron divididas por empresas estranxeiras, China non ten vantaxes fundamentais suficientes, pero pode ser capaz de reverter a situación na seguinte xeración mediante un deseño inicial. Á vista do camiño de desenvolvemento industrial de investigación e desenvolvemento básico, investigación de aplicacións e desenvolvemento de produtos de materiais para baterías, debemos estar preparados para unha guerra a longo prazo.

Cómpre ter en conta que o desenvolvemento e a aplicación de baterías de litio en China aínda enfróntanse a moitos desafíos. Por exemplo, no uso real de vehículos de enerxía nova de batería de litio, aínda hai algúns problemas, como a baixa densidade de enerxía, o rendemento deficiente a baixa temperatura, o longo tempo de carga, a curta vida útil, etc.

Desde 2019, China cancelou a "lista branca" de baterías e empresas estranxeiras como LG e Panasonic regresaron ao mercado chinés, cun deseño extremadamente rápido e ofensivo. Ao mesmo tempo, coa crecente presión sobre o custo das baterías de litio, a competencia no mercado nacional faise cada vez máis intensa. Isto forzará ás empresas relevantes a gañar a vantaxe en plena competencia cun maior rendemento do custo do produto e unha maior capacidade de reacción no mercado, para promover a mellora e o crecemento continuo da industria de baterías de litio de China.


Tempo de publicación: 16-marzo-21
¿Está a buscar máis información sobre os produtos profesionais e as solucións de enerxía de DET Power? Temos un equipo de expertos preparado para axudarche sempre. Encha o formulario e o noso representante de vendas porase en contacto contigo en breve.